(57)【要約】  被検レンズの入射側に設けられた照明光学系と、前記被検レンズの射出側に設けられた計測光学系とを備え、前記照明光学系は、開閉自在な開口絞りを有し、前記照明光学系は、前記開口絞りと前記被検レンズの入射瞳面とを光学的共役関係の位置に調整するように、照明光学系の光軸に沿って移動自在であることを特徴とする波面収差測定装置。これにより、測定結果の誤差を抑制することができる波面収差測定装置を提供する。
2011125971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検レンズの入射側に設けられた照明光学系と、前記被検レンズの射出側に設けられた計測光学系とを備え、
前記照明光学系は、開閉自在な開口絞りを有し、
前記照明光学系は、前記開口絞りと前記被検レンズの入射瞳面とを光学的共役関係の位置に調整するように、照明光学系の光軸に沿って移動自在であることを特徴とする波面収差測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の波面収差測定装置において、
前記照明光学系は、投影レンズを有し、
前記投影レンズと他の照明光学系の構成部材とは、照明光学系の光軸に沿って相対的に移動自在であることを特徴とする波面収差測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の波面収差測定装置において、
前記計測光学系は、前記被検レンズの光軸に沿って移動自在であることを特徴とする波面収差測定装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２記載の波面収差測定装置において、
前記計測光学系は、前記被検レンズの光軸に沿って移動自在な波面センサを有することを特徴とする波面収差測定装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２記載の波面収差測定装置において、
前記開口絞り及び前記被検レンズの入射瞳面に対し光学的共役関係の位置に設けられた撮像素子を有することを特徴とする波面収差測定装置。
【請求項６】
請求項５記載の波面収差測定装置において、
前記開口絞り及び前記被検レンズの入射瞳面に対し光学的共役関係の位置に設けられたレンズアレイを有することを特徴とする波面収差測定装置。
【請求項７】
被検レンズの入射側に設けられた照明光学系と、前記被検レンズの射出側に設けられた計測光学系と、を備え、
前記照明光学系は、開閉自在な開口絞りを有し、
前記計測光学系及び前記被検レンズは、前記開口絞りと前記被検レンズの入射瞳面とを光学的共役関係の位置に調整するように、被検レンズの光軸に沿って移動自在であることを特徴とする波面収差測定装置。
【請求項８】
請求項７記載の波面収差測定装置において、
前記計測光学系は、前記被検レンズの光軸に沿って移動自在な波面センサを有することを特徴とする波面収差測定装置。
【請求項９】
被検レンズの入射側に設けられた照明光学系と、前記被検レンズの射出側に設けられた計測光学系とを備え、
前記照明光学系は、開閉自在な開口絞りを有し、
前記計測光学系は、前記開口絞りと前記被検レンズの入射瞳面とを光学的共役関係の位置に調整するように、被検レンズの光軸に沿って移動自在な波面センサを有することを特徴とする波面収差測定装置。
【請求項１０】
請求項９記載の波面収差測定装置において、
前記計測光学系は、前記被検レンズの光軸に沿って移動自在であることを特徴とする波面収差測定装置。
【請求項１１】
請求項１乃至２、請求項７乃至１０のいずれか一項記載の波面収差測定装置において、
前記計測光学系は、前記照明光学系に対し直線状に配設されることを特徴とする波面収差測定装置。
【請求項１２】
請求項１乃至２、請求項７乃至１０いずれか一項記載の波面収差測定装置において、
前記計測光学系は、前記照明光学系に対し傾斜して配設されることを特徴とする波面収差測定装置。
【請求項１３】
複数のレンズ部品を有するレンズ系の製造方法であって、
レンズ鏡筒内に前記複数のレンズ部品を配置して前記レンズ系を組立て、
組み立てた前記レンズ系の波面収差を請求項１記載の波面収差測定装置により測定し、
測定結果より前記レンズ系の良否を判定するレンズ系の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、検査対象となるレンズの波面収差を測定するために用いられる波面収差測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波面収差の測定の方法としてシャック・ハルトマン型センサが知られている。例えば、鶴田匡夫著「第４  光の鉛筆」（新技術コミュニケーションズ、１９９７年、２１２頁）に波面測定センサの代表例としての解説がある。【０００３】
被検レンズによって生ずる波面収差を測定する波面収差測定装置の光学系には、一般に、被検レンズに光波を入射させる照明光学系と、被検レンズからの光束の波面収差を測定する計測光学系が用いられる。【０００４】
計測光学系では被検レンズによって生ずる波面収差を解析する際、投影される開口の形状を知る必要がある。このため、被検レンズの開口絞りを投影し、その形状測定が行なわれる。このとき、開口の中心を求めるために開口絞りを最小に絞って、投影される開口の形状と位置の測定が行なわれることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、開口絞りを最小に絞るために、被検レンズ内の開口絞りを動作させると、開口絞りの駆動により、被検レンズの重心が移動したり、レンズ部分の変形等の影響が発生し、投影される開口の形状と位置の測定結果に誤差が生じる可能性がある。その結果、波面収差の測定結果に誤差が生じる可能性がある。【０００６】
本願発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、測定結果の誤差を抑制することができる波面収差測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明の第一態様は、被検レンズの入射側に設けられた照明光学系と、前記被検レンズの射出側に設けられた計測光学系と、を備え、前記照明光学系は、開閉自在な開口絞りを有し、前記照明光学系は、前記開口絞りと前記被検レンズの入射瞳面とを光学的共役関係の位置に調整するように、照明光学系の光軸に沿って移動自在であることを特徴とする波面収差測定装置を提供する。【０００８】
本願発明の第二態様は、被検レンズの入射側に設けられた照明光学系と、前記被検レンズの射出側に設けられた計測光学系と、を備え、前記照明光学系は、開閉自在な開口絞りを有し、前記計測光学系及び前記被検レンズは、前記開口絞りと前記被検レンズの入射瞳面とを光学的共役関係の位置に調整するように、被検レンズの光軸に沿って移動自在であることを特徴とする波面収差測定装置を提供する。【０００９】
本願発明の第三態様は、複数のレンズ部品を有するレンズ系の製造方法であって、レンズ鏡筒内に前記複数のレンズ部品を配置して前記レンズ系を組立て、組み立てた前記レンズ系の波面収差を本願発明の第一態様に係る波面収差測定装置により測定し、測定結果により前記レンズ系の良否を判定するレンズ系の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明によれば、測定結果の誤差を抑制することができる波面収差測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１Ａ、１Ｂは、本願発明に係る波面収差測定装置の一実施の形態を示し、図１Ａは光学的共役関係に調整前の状態を表わし、図１Ｂは同光学的共役関係に調整後の状態を表わす。
【図２】図２Ａ、２Ｂは、図１Ａ、１Ｂの調整の詳細を示す図であり、図２Ａは光学的共役関係に調整前の状態を表わし、図２Ｂは調整後の状態を表わす。
【図３】図３Ａ、３Ｂは、本願発明による波面収差測定装置の他の実施形態を示し、図３Ａは光学的共役関係に調整前の状態を表わし、図３Ｂは同光学的共役関係に調整後の状態を表わす。
【図４】図４は、図３Ａ、３Ｂの被検レンズ３の拡大図である。
【図５】図５は、本願発明に係るレンズ系の製造方法の概要を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本願発明の実施の形態を示す図面に基づき、波面収差測定装置をさらに詳しく説明する。なお、便宜上、機械的電気的な駆動部分の図示を省略した。また同一の機能を奏する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１３】
図１Ａ、１Ｂは、波面収差測定装置１の一実施の形態を示す。波面収差測定装置１は、照明光学系１０と計測光学系２０とからなる。照明光学系１０と計測光学系２０の間に検査対象の被検レンズ３が配置され、被検レンズ３の波面収差を測定する。
【００１４】
上記照明光学系１０は、ファイバ１１により導かれた光源１２と、レンズ１３と、フィルタ１４と、開口絞り１５と、レンズ１６と、絞り１７と、投影レンズ１８とからなり、被検レンズ３の入射側に直線状に配設される。上記照明光学系１０は光軸Ａに沿って移動自在である。また、上記投影レンズ１８は光軸Ａに沿って移動自在である。上記開口絞り１５は光軸Ａに対し垂設され、開閉自在である。上記開口絞り１５の開口は任意の直径に設定可能である。
【００１５】
上記絞り１７は、投影レンズ１８の前側焦点に配置される。投影レンズ１８の後側焦点は被検レンズ３の入射瞳に合致される。また、上記開口絞り１５は上記レンズ１６の前側焦点に配置される。上記絞り１７は上記レンズ１６の後側焦点に配置される。さらに上記開口絞り１５は上記レンズ１３の後側焦点に配置される。これにより、上記開口絞り１５と上記被検レンズ３の入射瞳とは光学的共役関係となり、被検レンズ３で上記絞り１７の像（虚像）が後述する像面絞り２１の位置に形成される。なお、上記被検レンズ３の入射瞳は、被検レンズ３の開口絞り３５を光学的に投影した位置になっている。また被検レンズ３の開口絞り３５は開放されたままになっている。
【００１６】
上記計測光学系２０は、像面絞り２１と、対物レンズ２２と、第１リレーレンズ２３と、フィルタ絞り２４と、第２リレーレンズ２５と、シャック・ハルトマン型の波面センサ２６と、切り替えミラー２７と、撮像素子２８とからなり、被検レンズ３の射出側に上記各部が直線状に配設される。
【００１７】
上記波面センサ２６は、マルチレンズアレイ２６ａ及び撮像素子２６ｂとからなる。上記マルチレンズアレイ２６ａは、レンズエレメント（図示省略）を二次元状に多数隣接して配列してなる。上記各レンズエレメントの各微小開口（図示省略）は光軸Ａに対し直交に設けられる。上記各レンズエレメントの微小開口は、夫々、正の屈折力を有し、例えば外周辺が４個の四角形状体に形成される。上記レンズエレメントは、例えば光軸方向に平行する面の断面形状が入射面のみ上記微小開口の全部にわたって凸弧状に盛り上げられて形成され、外周辺がいずれも曲線からなる。そして対向する外周辺が夫々外側に向かう凸弧状及びこれに対応する内側に向かう凹弧状に形成され、他の対向する外周辺が夫々外側に向かう凸弧状及びこれに対応する内側に向かう凹弧状に形成される。上記マルチレンズアレイ２６ａはこのように素子の形状が同一のレンズエレメントを二次元状に多数隣接して配列してなるため、各レンズエレメント間は隙間無く接している。撮像素子２６ｂは電荷結合素子（ＣＣＤ）からなり、上記のようなマルチレンズアレイ２６ａの焦点に設けられる。
【００１８】
上記マルチレンズアレイ２６ａと上記撮像素子２８とは、上記切替えミラー２７により光路が直角に切り替えられるため、光学的共役関係の位置にある。上記フィルタ絞り２４は光束の周波数を適宜に制限する。
【００１９】
被検レンズ３は、図４に詳しく示すように、多数のレンズ３１、３２、３３、３４の群からなり、固有の開口絞り３５を備える。図４において、Ａは入射光の主光線、Ｂは上記レンズ群３１〜３４の光軸、３ａは被検レンズ３の入射瞳の中心、３ｂは被検レンズ３の射出瞳の中心、３５ａは開口絞りの中心を示す。
【００２０】
照明光学系１０において、光束の光波Ｌaは、レンズ１３にてコリメートされ、開口絞り１５にて開口の調節をされ、レンズ１６にて集光された後、絞り１７に照明される。絞り１７に照明された光波Ｌaは、投影レンズ１８を経て被検レンズ３に入射し、絞り１７の像を像面絞り２１の位置に形成する。計測光学系２０に入射された光波Ｌｂは、対物レンズ２２により平行光束にコリメートされ、第１リレーレンズ２３及び第２リレーレンズ２５により拡大されて波面センサ２６に投影される。第１リレーレンズ２３と第２リレーレンズ２５との間には中間像面が形成されるが、フィルタ絞り２４により光束の周波数が適宜に制限される。
【００２１】
波面センサ２６では、マルチレンズアレイ２６ａにて分割集光される。この分割集光された光波Ｌｂは、波面収差に応じた位置で結像され、撮像素子２６ｂにてマルチレンズアレイ２６ａそれぞれの結像位置Ｍが計測される。この計測データはデータ記憶装置（図示省略）で記録され、さらに分析装置（図示省略）で解析されて表示装置（図示省略）に表示される。
【００２２】
ところで、図１Ａに示す開口絞り１５は、被検レンズ３の開口絞り３５に対し光学的共役関係の位置にない状態である。このため、光波Ｌａは被検レンズ３を通過後、投影レンズ１８及び被検レンズ３の収差を含んだ波面が上記計測光学系２０に入射する。よって撮像素子２６ｂにて計測される結像位置は理想波面Ｍ０に対しずれるので波面収差Ｍ´となって表われるが、このずれ量は被検レンズ３の波面収差を正確に表していない。
【００２３】
そこで、上記「ずれ」を補正すべく、投影される絞り１７の位置を投影レンズ１８の射出瞳の中心に合致させる必要がある。図２は、この調整を詳しく示す図であり、図２Ａで示すように、まず投影レンズ１８を光軸Ａ方向に移動させて投影位置を決定後、照明光学系１０の全体を光軸Ａ方向に移動させ、図２Ｂに示すように被検レンズ３の入射瞳位置３５に投影レンズ１８の射出瞳Ｅがくるように調整する。このとき、必要に応じて、照明光学系１０の全体を光軸Ａと垂直な方向に移動させて調整する。これにより、開口絞り１５を被検レンズ３に対し光学的共役関係の位置に調整することができる。かかる状態を示すのが図１Ｂ、図２Ｂである。この場合、被検レンズ３を通過した光波Ｌｂの結像位置Ｍは理想波面Ｍ０に一致する。これにより、光軸Ａに沿って入射する光波Ｌａによって被検レンズ３で生じる波面収差を測定することができる。なお、図１Ｂにおいて、「Ｃ」は開口絞り１５にて制限されて入射した最外周の光束を表わす。
【００２４】
光波Ｌｂの光束の中心Ｍを正確に知るために開口絞り１５を絞り込む。そして、開口絞り１５の像を撮像素子２８で撮像し、その形状と位置を正確に把握する。これにより、被検レンズ３の絞り３５を絞ることなく光束の中心Ｍを正確に捕らえることができる。したがって、測定結果の誤差を抑制しつつ波面収差を測定することができる。
【００２５】
図３Ａ、３Ｂは、波面収差測定装置１の他の実施形態を示し、被検レンズ３の光軸Ｂに対して傾斜した方向に入射する光束の波面収差を測定する場合である。この場合、計測光学系２０は光軸Ａに対して傾斜して設置されるので、図４に示すように、照明光学系１０の光軸Ａと被検レンズ３の光軸Ｂの交点である被検レンズ３の入射瞳の中心３ａと、被検レンズ３の射出瞳の中心３ｂとが被検レンズ３の光軸Ｂ方向にずれている。その他は図１の実施の形態の場合と同様であるので説明を省略する。なお、図３Ａにおいて、「Ｄ」は被検レンズ３の入射瞳に向かうべき光束の中心を表わす。
【００２６】
波面収差測定装置は上記した実施の形態に制限されることはない。例えば、移動自在とする構成部分は照明光学系１０ではなく、計測光学系２０とすることができる。この場合、照明光学系１０は固定であり、開口絞り１５のみ開閉自在とされる。そして計測光学系２０を光軸Ｂに沿って移動自在とし、開閉自在の開口絞り１５と相まって、開口絞り１５と被検レンズ３の入射瞳とを光学的共役関係の位置に調整する。この場合、さらに波面センサ２６を光軸Ｂに沿って移動自在とし、開口絞り１５と被検レンズ３の入射瞳とを光学的共役関係の位置に調整することができる。
【００２７】
また固定の照明光学系１０に対し、計測光学系２０の波面センサ２６を光軸Ｂに沿って移動自在とし、開閉自在の開口絞り１５と相まって、開口絞り１５と被検レンズ３の入射瞳とを光学的共役関係の位置に調整することが考えられる。この場合においても、さらに照明光学系１０を光軸Ａに沿って移動自在とし、開口絞り１５と被検レンズ３の入射瞳とを光学的共役関係の位置に調整してもよい。
【００２８】
さらに照明光学系１０の全部又は一部（具体的には投影レンズ１８）と、計測光学系２０の全部又は一部（具体的には波面センサ２６）とをいずれも移動自在とし、開口絞り１５と被検レンズ３入射瞳とを光学的共役関係の位置に合致させることもできる。この場合は被検レンズの射出瞳の形状と位置をさらに正確に計測することができる。
【００２９】
このように本実施の形態によれば、被検レンズの開口絞りを駆動させずに、被検レンズの射出瞳の正確な形状と位置を計測することができる。
【００３０】
また、近年の電化されたカメラ用レンズなどでは、開口絞りを開閉するために電気的な動作を行なわせる必要があるが、駆動用の電気回路や外部接点を省略することができる。
【００３１】
また、照明光学系の絞りの開閉と、照明光学系の全部又は一部あるいは計測光学系の全部又は一部を光軸に沿って移動することより、被検レンズの射出瞳の形状と位置を計測することができる。
【００３２】
また、被検レンズの開口絞りを開閉させる必要がないので、誤差要因の少ない測定方法となるから、より精密な測定となる。
【００３３】
よって被検レンズの射出瞳の正確な形状と位置を計測することができる。
【００３４】
マルチレンズアレイ２６ａを構成するレンズエレメントの形状は任意である。また、撮像素子としては、ＣＣＤの外に、撮像管、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）が考えられる。
以下に、図５を参照して複数のレンズ部品を有するレンズ系の製造方法の概略を説明する。
まず、レンズ鏡筒内に複数のレンズ部品を配置して、レンズ系を組み立てる。組み立てたレンズ系の波面収差を図１Ａ、１Ｂに示す波面収差測定装置を用いて測定する。測定結果により組み立てたレンズ系の良否を判定する。
【００３５】
本願発明による波面収差測定装置は、例えば望遠鏡、カメラ、顕微鏡の対物レンズ等の光学機器一般に利用することができる。
【図１】
2011125971.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2011125971.tif 000008
2011125971.tif 000009
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